Magnetische gelcapsules kunnen zowel robotica als geneeskunde vooruithelpen

Magnetische polymeren

Prof. Abdon Pena-Francesch, hoofd van het BioInspired Materials Lab aan de Universiteit van Michigan, en zijn team hebben ontwikkeld een gel met magnetische eigenschappen – ondanks dat deze uitsluitend uit koolstofgebaseerde moleculen bestaat. Deze magnetische gel, genaamd ‘TEMPO-magneten’, kan worden aangetrokken tot andere magnetische materialen en reageert op magnetische velden. Dit maakt externe manipulatie van de gel mogelijk. Bijvoorbeeld, een capsule in de maag zou kunnen worden gestuurd om een operatie uit te voeren of medicatie af te geven.

Bron: University of Michigan

De magnetische eigenschappen van deze op TEMPO gebaseerde gel zijn zwakker dan die van metaalgebaseerde magneten, maar dit kan een voordeel zijn voor biomedische toepassingen en bepaalde zachte robotica. Bijvoorbeeld, MRI kan in combinatie met deze technologie worden gebruikt, waarbij een sterker magnetisch veld de MRI praktisch blind zou maken. In dit geval kan MRI worden gebruikt om de effecten van een medische capsule te monitoren, of een geneesmiddel correct is afgeleverd en waar, of de bewegingen van een magnetische gelcapsule in het spijsverteringskanaal.

De volgende stappen

De volgende stap van dit specifieke project zal zijn om dit type gel biologisch afbreekbaar te maken, waardoor het beter door het menselijk lichaam wordt verdragen, en de mogelijkheid ontstaat om het in de natuur te gebruiken zonder zorgen over verontreiniging en vervuiling.

Naast magnetische gels,  3D‑printen/additieve fabricage moet ook een impuls geven aan zachte robotica. Langzaam uithardende, elastisch‑plastische materialen bieden goede opties voor protheses die verder gaan dan de bestaande mogelijkheden. We bespreken deze groeiende verbinding tussen de opkomende velden van zachte robotica en 3D‑printen in ons artikel “Hands Like a Human: New Additive Manufacturing Helps Soft Robotics Go Real”.

We hebben ook de 3D‑printindustrie in het algemeen bekeken in het artikel “Top 10 Additive Manufacturing And 3D Printing Stock to Watch”.

Afstappen van harde robotica

Zoals het er nu uitziet, zijn robots stilletjes een belangrijk onderdeel van ons leven geworden. Maar dit is tot nu toe vooral beperkt gebleven tot de zware, industriële robotarmontwerpen. Recentelijk beginnen drones en kleinere bezorg‑ of logistieke robots nog meer taken over te nemen en zelfs in belang te winnen in oorlogsvoering. Deze ontwerpen blijven echter afhankelijk van hydraulica en zware, metaalgebaseerde systemen.

Bron: Unsplash

Te stijve materialen beperken de toepassingen voor robots, bijvoorbeeld door een beperkt bewegingsbereik of moeilijkheden bij het hanteren van delicate objecten. Het mechanische en metalen karakter van robotica is bovendien een grote beperking voor de inzet in de geneeskunde, zoals protheses of interne nanorobots.

Zachte robots

Er is een sterke inspanning om een zogenaamde “zachte robot” te ontwikkelen, met behulp van kunststoffen, polymeren, metalen draden of andere flexibelere componenten. Zachtere ontwerpen moeten nieuwe concepten mogelijk maken, meer geïnspireerd op de natuur, bij het bouwen van een robot, zoals we bespraken in ons artikel “How Robotics Can Take a Cue From Nature”.

Maar deze systemen hebben nog steeds een paar beperkingen:

• Ze moeten worden aangesloten op een stroombron.
• Ze zijn vaak beperkt tot een paar vooraf bepaalde vormen of bewegingen.
• Ze zijn tamelijk zwaar.

Bron: Youtube

Een idee om deze beperkingen weg te nemen is om magneten te gebruiken in plaats van starre metalen onderdelen. Dit elimineert de noodzaak van een externe stroombron en biedt meer flexibiliteit en diversiteit in mogelijke vormen en bewegingen.

Maar metalen magneten blijven zwaar. Ze zijn bovendien meestal tot op zekere hoogte toxisch, waardoor hun bruikbaarheid in medische toepassingen sterk beperkt is. En dat is jammer, aangezien robotinteractie met zachte & fragiele weefsels voor medische behoeften een van de meest veelbelovende toepassingen van zachte robotica is.

Echter, er bestaat geen natuurkundige regel die stelt dat magneten per se van metaal moeten zijn. Magnetische eigenschappen zijn het enige vereiste. Andere materialen kunnen aan die eis voldoen – net als TEMPO‑magneten.

Zachte of magnetische robotica‑aandelen

1. Stereotaxis

Stereotaxis is een leider in medische telerobotica. Het Genesis RMN (Robotic Magnetic Navigation) systeem gebruikt magnetische velden om katheters in het lichaam van een patiënt te sturen. Dit wordt met name gebruikt bij hartchirurgie en andere endovasculaire behandelingen.

Het is de enige beschikbare robot in deze sector, die verschilt van laparoscopische chirurgie, gedomineerd door Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) en open‑chirurgierobots van onder andere Stryker (SYK – Mako‑robot) en Medtronic (MDT – Mazor‑robotica). We bespraken deze 2 bedrijven en anderen in ons artikel “Top 5 Robotic Surgery Stocks”.

Deze methode verwijdert de noodzaak van starre katheters die afhankelijk zijn van handmatige controle en operatorkracht, wat leidt tot een hoger risico op nadelige gebeurtenissen voor de patiënten.

Bovendien vereist de traditionele methode voor katheterimplementatie röntgenstraling, wat blootstelling aan straling veroorzaakt, vooral voor het medisch personeel dat de procedure regelmatig uitvoert. Het is een bekend fenomeen dat dit kanker kan veroorzaken bij de artsen en verpleegkundigen die deze operaties uitvoeren.

Bron: Stereoaxis

De handmatige procedure vereist ook veel vaardigheden, wat kostbare training nodig maakt, en zal variabele succespercentages vertonen afhankelijk van de operator en zijn ervaring.

In vergelijking met de klassieke methoden levert de oplossing van Stereotaxis 72 % minder complicaties en 36 % minder stralingsblootstelling op.

Het bedrijf heeft zijn systeem al uitgerold naar meer dan 100 ziekenhuizen en heeft meer dan 100.000 patiënten behandeld.

Aangezien Stereotaxis al gebruikmaakt van remote magnetische navigatie voor operaties, zou het logisch zijn dat het bedrijf in een uitstekende positie zal verkeren om de opkomst van organische magnetische robotica te omarmen. En hun RMN‑robots kunnen de basis vormen voor de inzet in ziekenhuizen van de magnetische organische geltechnologie.

2. 3D Systems Corporation

Deze leider in de 3D‑printindustrie is in 2017 ook overgestapt naar bioprinten via een onderzoeks‑samenwerking met United Therapeutics (UTHR ) (UTHR). In 2021 heeft het ook de bio‑ink‑maker Allevia overgenomen. En het kondigde een samenwerking met CollPlant Biotechnologies (CLGN) in 2020 (CLGN ) aan.

Deze overname geeft 3D Systems (DDD ) een voorsprong in het veld van het printen van biologische materialen. Het commercialiseert momenteel 3 modellen van zijn Allevi‑bioprinter.

Bron: 3D Systems

Als een groeiende producent van 3D‑geprinte medische hulpmiddelen en protheses EN een leider in bioprinten, kunnen we ons voorstellen dat het bedrijf geïnteresseerd zou kunnen zijn in het vinden van nieuwe toepassingen voor organisch magnetisch gel op afstand bestuurd.

Dus, als zachte robotica met magnetische gel een groeiende medische toepassing wordt, kunnen we verwachten dat 3D Systems deel zal uitmaken van deze medische revolutie en zal helpen bij het 3D‑printen van de relevante tools voor deze nieuwe therapieën.

(We hebben het bioprint‑veld grondig verkend in ons artikel “Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks”).

3. Desktop Metal, Inc.

Desktop Metal is another large 3D printing leader, with 650+ patents, 250+ possible materials, and 6,000 customers. One of its key centers of focus has been metal 3D printing, a target long sought after by the 3D printing industry.

It is also active in healthcare, starting from acquiring German EnvisionTEC, which includes dental care technology. This comes in tandem with a strategic partnership with the leading orthodontic firm Align Technology. (ALGN )

The merger with EnvisionTEC also helped Desktop Metal to develop its Desktop Health 3D printer. It is more of a scaffold printer than a full-cell/organ 3D printer. Still, if bioprinting turns out to require hydrogel or other polymers as a scaffold permanently, this will be a strong technological advantage for Desktop Health.

Bron: Desktop Metal

While the focus on bioprinting and healthcare is less strong than with 3D systems, it is not impossible that Desktop Metal might also be interested in the potential of mixing 3D printing and organic magnetic gels.

4. Soft Robotics

This company is privately listed and focused on developing mGripAI, a robot with a soft grip for the food processing industry, combined with a full 3D vision and AI system.

Bron: Soft Robotics

U kunt het ook in actie zien in deze video. Hoewel het onwaarschijnlijk is dat het de medische sector zal betreden, zou het bedrijf misschien op een dag geïnteresseerd kunnen zijn in een niet‑giftige versie van magnetische zachte robotica voor inzet in de voedingsindustrie. Dit is vooral het geval als de organische magnetische gel kan worden verbeterd tot biologisch afbreekbaar.